晶圓表面清洗是半導體制造過程中至關重要的環節，其目的是去除顆粒物、有機物、金屬離子等污染物，確保后續工藝（如光刻、沉積、刻蝕）的良率和器件性能。以下是主流的晶圓清洗方法及其技術要點：

一、物理清洗法

1. 超聲波清洗（Ultrasonic Cleaning）

原理：利用高頻聲波在液體中產生空化效應，形成微小氣泡破裂時的沖擊力剝離表面附著物。

適用場景：去除大尺寸顆粒和松散污染物，常用于預處理階段。

參數優化：頻率通常為40kHz~1MHz，功率密度控制在0.5 W/cm2以下以避免損傷晶圓。

局限性：對納米級間隙中的污染物清除效果有限，可能引起微裂紋擴展。

2. 兆聲波清洗（Mega Sonic Cleaning）

升級優勢：采用更高頻率（＞800kHz），生成更密集的微射流，可深入亞微米級結構內部。

典型應用：3D NAND閃存溝槽清潔、高深寬比TSV通孔去殘渣。

設備配置：需配備多頻段可調振源和均勻能量分布系統。

3. 刷洗與噴淋組合（Brush Scrubbing + Spray Rinse）

動態接觸式清潔：軟質尼龍刷以低速旋轉物理摩擦表面，配合DI水高壓噴射沖洗。

工藝創新：部分設備集成靜電吸附裝置增強顆粒捕捉效率，適用于背面金屬層粗糙化處理。

二、化學清洗法

1. RCA標準清洗序列

經典配方體系：

SC-1液（NH?OH:H?O?:H?O=1:1:5）：去除有機污染物及輕金屬雜質；

SC-2液（HCl:H?O?:H?O=1:1:6）：溶解重金屬離子并鈍化硅表面。

反應機制：過氧化氫分解產生自由基氧化有機物，銨根離子絡合過渡金屬元素。

改進方向：添加表面活性劑改善潤濕性，或采用脈沖式注入減少化學品消耗。

2. 稀釋氟化物蝕刻（Diluted Fluoride Etching）

功能特性：低濃度HF溶液（0.1%~1%）選擇性去除天然氧化層而不造成顯著蝕坑。

工藝窗口：需嚴格控制溫度（25±2℃）和時間（＜30秒），避免氫終止鍵過度引入影響疏水性。

安全措施：配備防腐蝕涂層的反應腔體及中和池應急系統。

3. 臭氧化去有機物（Ozonated Water Treatment）

環保替代方案：紫外線照射分解水生成臭氧自由基，高效降解光刻膠殘留物。

協同效應：與紫外燈聯用可實現低溫下（＜60℃）快速氧化碳氫化合物。

監測指標：TOC總有機碳含量降至＜0.1ppm為合格判據。

三、復合技術

1. 等離子體清洗（Plasma Cleaning）

活性粒子作用：氧氣/氬氣輝光放電產生的離子轟擊表面，打斷分子鏈實現原子級潔凈。

工藝分類：

反應型等離子體（Reactive Ion Etching, RIE）：用于去除頑固聚合物；

非反應型濺射清洗（Sputter Etching）：適合金屬互連后的殘渣清理。

終點檢測：光學發射光譜儀實時監控特定波長信號衰減判斷清洗進度。

2. 超臨界流體清洗（Supercritical Fluid Cleaning）

相變特性利用：CO?在臨界點以上兼具氣體擴散性和液體溶解能力，穿透復雜拓撲結構。

操作參數：壓力維持7.39MPa、溫度31.1℃，無殘留。

成本效益：減少溶劑使用量達90%，但設備初期投資較高。

3. 電化學清洗（Electrochemical Cleaning）

偏壓輔助溶解：施加直流電壓使污染物發生陽極氧化或陰極還原反應脫離表面。

典型設置：鉑金作為對電極，電解液選用稀硫酸+雙氧水體系，電流密度控制在5mA/cm2以內。

應用場景：銅互連線工藝后去除電遷移產物效果好。

四、特殊工藝變體

五、工藝選擇矩陣

根據污染物類型和后續工藝需求選擇合適的清洗策略：

通過合理選擇并優化上述方法，可實現從宏觀到微觀、從無機到有機的污染控制，為制程芯片制造提供可靠的基礎保障。